VIVEトラッカーとベースステーションってどういう原理でフルトラできているの?仕組みや台数による動きの違いなどを一挙紹介!!【前編】

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ヒロヒロ
こんにちは!フルトラ研究所所長のヒロです。当記事はスクショ転載NGです。詳しくはサイト内のルールをご確認ください。長文のため、PCで見ることをお勧めします。
テトラちゃんテトラちゃん
非常に長いのでサイト内検索と目次を確認することをお勧めします。
テトラちゃんテトラちゃん
VIVEトラッカーは、光学式のフルトラで、ベースステーションから発する光線をトラッカーで受け取ることによって、トラッカーの座標を読み取るフルトラデバイスです。フルトラになるには、ベースステーション最低1個とトラッカー3個(と付属するドングル)ともに必要です。大人気商品のため、市販品なのになかなか買えません。2023年7月以降、時期によってはIMU方式の方が手に入りやすくなっています。反射や受光部の遮り等の環境がなければ、非常に正確に座標を読み取ることができるため、人気です。

フルトラって何?とわからない人はこちらの記事をまずご覧ください

でも、VIVEトラッカーがいいんだよね。だって、めちゃめちゃ精度いいし。ちなみに、どんな仕組みでモーションをキャプチャーしているの?
ミントミント
テトラちゃんテトラちゃん
それを知るには、まずベースステーションの仕組みの理解が必要です。知らない人がかなり多いので、知っているとフルトラ全般に詳しくなれます。今からベースステーションの仕組みを説明しつつ、入手方法などを解説していきます。

VIVEトラッカーでフルトラできる仕組みについて

VIVEトラッカーはどういった原理でフルトラできるのか?ベースステーション(1.0)について解説します

テトラちゃんテトラちゃん
VIVEトラッカーは、光学式のフルトラで、ベースステーションから発する光線(赤外線)をトラッカーで受け取ることで位置(座標)を読み取るフルトラデバイスです。

VIVEトラッカー

公式サイトhttps://www.vive.com/jp/product/より引用

これがVIVEトラッカー?これだけでフルトラができるの?
ミントミント

テトラちゃんテトラちゃん
できません。ベースステーションが必要です。これがベースステーションです

ベースステーション

公式サイトhttps://www.vive.com/jp/product/より引用

どうしてベースステーションとVIVEトラッカーどちらも必要なの?
ミントミント
テトラちゃんテトラちゃん
VIVEトラッカーで、必要不可欠なベースステーションは単にライトハウスとしての役割(ライトハウスは灯台の意味)つまり、光を発しているだけの役割を持っています。本体の中には、縦と横方向に日本電産製のモータが入っており、LEDライトから赤いレーザー光が超高速で照射されます。ベースステーション自体が体全体を読み取っていたりするわけではありません。トラッカー等にある受光部で受光することで位置を検出するので、この方式をライトハウス(ベースステーションは灯台としての役割のみ)と言います。
え?そうなの
ミントミント

ベースステーションの役割

ベースステーションは単にライトハウスとしての役割(ライトハウスは灯台の意味)つまり、光を発しているだけの役割。ベースステーションの設置し、そこからトラッカー等にある受光部で受光することで位置を検出するので、この方式をライトハウス(ベースステーションは灯台としての役割のみ)と言います。

テトラちゃんテトラちゃん
うん。ベースステーション自体は灯台の役割でトラッカー等の受光部に光を当てることで初めて意味を成すんだ。動きを読み取るまでの流れとして
①縦軸と横軸方向のレーザーが一定間隔で出ており、めっちゃチカチカ赤外線が出る。
②トラッカーについている受信チップ(ウォッチマンモジュール)がレーザーを受信
③この際、グリンカーで時間をゼロにリセット。受信したトラッカーからPC側につけたドングルにデータを送信。
④③でベースステーションと赤外線を受信した時間までを計算し、ベースステーションまでの位置距離を検出。最終的に、アバターに動きを反映
する仕組みです。
つまり、ベースステーションからの特定の赤外線のみをトラッカーに受光することで初めて認識できるんだね!
ミントミント
テトラちゃんテトラちゃん
うん。だから、赤外線を干渉、反射しない環境が一番大事なんだ。他のところから赤外線が入っちゃうと、位置を正確によみとれないからね。太陽光だって赤外線の他色々な光線を含むからグリンガーが認識しちゃうんだ。また、床がちらちら反射している環境等には弱いんだよ。
トラッカーの受光部ってどこにあるの?
ミントミント
テトラちゃんテトラちゃん
写真で言うと複数凹っているところ!!くぼんでいる丸い部分が受光部だよ。なので、そこにはテープとか貼っちゃダメだから要注意ね。飛びやすくなるよ

VIVEトラッカー

公式サイトhttps://www.vive.com/jp/product/より引用

赤外線のLEDって何個あるの?
ミントミント
テトラちゃんテトラちゃん
VIVEはベースステーションを随時変更していて、赤外線を出すLEDの数等仕様が若干変わっているんだ。ベースステーション2.0でもValve製とVIVE製があったりと色々変更されているよ!でも、中身の設計が変更になっても、ベースステーション1.0、2.0という名前で販売されているものは、それぞれ問題なく使えるよ!ここで話したことの詳細は、以下の動画に載ってるよ!!

位置を検出する仕組み

①縦軸と横軸方向のレーザーが一定間隔で出ており、めっちゃチカチカ赤外線が出る。
②トラッカーについている受信チップ(ウォッチマンモジュール)がレーザーを受信
③この際、グリンカーで時間をゼロにリセット。受信したトラッカーからPC側につけたドングルにデータを送信。
④③でベースステーションと赤外線を受信した時間までを計算し、ベースステーションまでの位置距離を検出。
⑤最終的に、アバターに動きを反映する

*ベースステーションに付属しているBluetoothは、基本デバイスアップデート用なので、通常利用時は不要。フルトラ利用時もつなげる必要はありません。

テトラちゃんテトラちゃん
原理を知るとものすごく単純なのですが、この辺りの原理を知らずにセットアップする人が非常に多いので、viveトラッカーのドングルは1台/1つつけるのを忘れたり、ベースステーションの設置を忘れて先にトラッカーの設定を初めてつまづいたりしてしまったり、ベースステーションはbluetoothにつなげないといけない等と時間をロスする人が多数います。ここと原理を理解しておくと、このデバイスは、しっかり随時ベースステーションからの位置を検出してくれる仕組みだとわかります。

 

ベースステーション(特に1.0)でNGな環境

テトラちゃんテトラちゃん
①赤外線を出す物体がある場所、②直射日光が入る場所、③光を反射する素材はNGだよ。あと純粋にベースステーションから発する光線が受け取れないように、周りに遮蔽物があったらNGだよ!
もっと具体的にはどういったものがNGなの?
ミントミント
テトラちゃんテトラちゃん
鏡、QuestVR睡眠用の赤外線ライト、大理石の床、ものすごく白い床や壁、酒瓶、缶ビール等、とにかく赤外線が強く反射して、トラッカーに入ってしまいそうな場合かな
テトラちゃんテトラちゃん
あと、ベースステーションとトラッカーの間に机、毛布、紙のような薄いものでもあったら、遮蔽されてしまって、動画のように機能しないんだ。

テトラちゃんテトラちゃん
ほかにもダメな例がこちらにあるよ。

(上記Youtubeページより引用)

テトラちゃんテトラちゃん
ベースステーションは、1.0と2.0という規格があって、上の写真で言う3つ以上のベースステーションがNGという話は1.0の場合のみです。2.0になると最大4台になるので、3台目、4台目と置くことができます。なので、2.0の場合、5台以上の場合はNGだと思うよ

公式のサポートについて

https://www.vive.com/jp/support/vive-pro/category_howto/base-stations.html

ベースステーションのBluetooth接続について

テトラちゃんテトラちゃん
ベースステーションは、Bluetoothで接続できるけど、それはソフトウェアのアップデート等のもので、フルトラに関連したデータをやりとりするために、常時使っているわけではないよ。これ、かなり紛らわしい点だけどね

ベースステーション1.0と2.0の動きや精度の違いについて

ベースステーション1.0×2とベースステーション2.0×2とベースステーション2.0×4だと何が違う?

動画を例に説明します。動きはこんな感じです。

ベースステーション1.0×2の場合

テトラちゃんテトラちゃん
Viveトラッカー3.0×8 Base Station1.0×2 初代ViVEのHMDとIndexコントローラで2022 11 28 に撮影したものになります。

 

ベースステーション2.0×2の場合

対して、この動画は、Viveトラッカー3.0×8 Base Station2.0×2 Valve Index HMD+Indexコントローラで同じ立ち位置、ベースステーションも同じ位置で 2022 12 28 20 53 26 撮影したものになります。写真の状態で撮影しています。

テトラちゃんテトラちゃん
ベースステーションのバージョンとHMDが変わると動きもかなり滑らかになり、トラッカーも外れにくくなっているのがわかるかと思います。

テトラちゃんテトラちゃん
ベースステーション2.0×4になると、トラッカーがさらに外れにくくなり、よっぽどのことをしないと外れません。例えば、上記2つのBS1とBS2×2の動画撮影は、右端のBSよりのBSの対角線上でのみ行っています。こうすることで、トビを最小限にして、撮影しているベストな位置にしています。しかし、実際運用する場合は、部屋全体を有効利用したいのが普通ではないでしょうか?なので、実際は、ベットの端などに行くと、1つの光線しか当たらないようになり、トビがどんどん激しくなっていきます。

テトラちゃんテトラちゃん
対して、ベースステーション4台にする場合は、このような設置になると思います

テトラちゃんテトラちゃん
ベースステーション4台にする場合は、この四つに囲まれている空間のエリアは、おおよそベストな環境で撮影することができるようになります。フルトラで飛ばなくなるエリアがものすごく広がるのがメリットになります。

ベースステーション2.0×4の場合

テトラちゃんテトラちゃん
ベースステーション4台の環境になると、トラッカーに赤外線があたりやすくなることで、圧倒的になめらかになりますし、トビも一気に減ります

テトラちゃんテトラちゃん
ライトハウス方式は、光線を出すのですが、ベースステーション2.0×2の時に特に飛びやすさを感じているのは、実はトラッカーだけではありません。コントローラーのほうが外れやすいのです。トラッカーとコントローラーだとどうしてコントローラーのほうが外れやすいのか、足のトラッカーの外れやすさを例に説明します。

トラッカーは固定方法で、トビはかなり改善できます。足だと、Eozのトラッカーベルトよりも靴に着けるほうが、靴の足底の足が曲がりづらくなるのでボクがよくやるような、ぐにょーーんといった動きが難しくなりますが、ダンスや外での運動のような激しい運動を再現するのには向いています。

これはIndexコントローラでもいえることで、手首の動きをくねくねさせると、どうしても、BS2.0×2ではできない動きだったり、上記のような隅の位置だと、光線が届かない範囲となり、V睡の時にしょっちゅう手が外れるといったり、セーフティ表示(Valve Indexの場合、壁などが接触しようとなると、緑色の線となって部屋の凹凸が表示される)が出たりして、厄介です。

しかし、2.0×4になると、端にいてもコントローラーの位置は、4台のうち、2台が問題なく認識できるようになるため、壁のセーフティ表示の頻度も減ります。上記のように、没入感を減らすような表示や、アバターへの動きの制限がへるため、没入感が圧倒的に高まるのです。

【比較動画】ベースステーション1.0×2とベースステーション2.0×2とベースステーション2.0×4

テトラちゃんテトラちゃん
ベースステーション1.0 ×2と ベースステーション2.0 ×2とベースステーション2.0×4の違いを紹介。トラッカーの数が2個違いますが、圧倒的に滑らかであること、トビが少ないことに注目ください。撮影が年で違うため、使用アバターが異なる点もご了承ください。

 

IndexコントローラとQuestコントローラでの違いとベースステーションの台数やトラッカーの数が違うとダンスなどの動きでどう違う?

こちらの動画をご覧ください。ダンスでフルトラ使って、映像として残したい人は絶対見ておくべき動画です。
英語ですが、4つの分割比較の画像があり、非常にわかりやすいです。

■VIVEトラッカーを何個(3個~)つければよいか?
■ベースステーションを何台設置(1台~4台)すればよいか?
■IndexコントローラはQuestコントローラとどう違うのか?

が4つの比較動画を横並びで見ることができます。
ベースステーションはトビ防止だけでなく、高速で移動したり、くねくねしたりするときに、なめらかさにも影響してきます。今回のダンスでは、膝トラッカーはありませんが、膝トラッカーがあるともっと腰~膝間のムーブがなめらかに表現できます。

トラッカーの数は、ムーブや一体感をどれだけ求めるかで個人ごとで必要な数がだいぶ変わってきます。
一体感を優先したい場合は、数が多いほど有利です。
ただ、トラッカーベルトの運用が難しくなります。

しかし、ベースステーションの台数を増やせば、トビとかの問題が大幅に減るので、没入感を増やすにはお勧めの方法です。
没入感を増やしたいっていう人は、トラッカーの数を増やすよりもベースステーションの数を増やすのがお勧めです。
なおBS2.0対応前提の話となっていますので、その点ご注意ください。

数式?で表すとこんな感じです。

没入感=BSの数(多いほどトラブルが少ない)×トラッカーの数(一体感)
手間=1/トラッカー

ベースステーション1.0×2と2.0×2、2.0×4の違い

1.0×2と2.0×2の違い:トビの量が圧倒的に違うが、めちゃめちゃ動かなければ、1.0×2でも普通に動ける
2.0×2と2.0×4の違い:トビの量とエリアが違う。ほとんど飛ばない。エリア内の端から端まで有効的に使えるようになるため、トビを気にして、2.0×2の対角線上に位置を調整するなどの手間がいらない。エリア内のトビを気にせず有効利用したいムーブをする場合はあるといい。BS4台は、基本エリア内をめちゃめちゃ動く人向け

どんなムーブに向いているか

1.0×1:うごかない。椅子に座っている等
1.0×2:動くけど、精度やラグがあっても問題ない等
2.0×2:対角線上で極端にくねくね動いたりしない動き。無限歩行やダンス等
2.0×4:ヒロさんムーブのような変な動き、エリアを端から端まで有効利用する必要がある動き(端から端まで)無限歩行する場合

トラッカーを付けるのが手間でやめてしまう人が多いです。
手間を省くためには、トラッカーベルトの運用の仕方がものすごく大事です。
トラッカー本体の固定方法等トラッカーについてはこちらに書いています。

Viveトラッカーでのフルトラの疑問。トラッカーをどう固定しているの?リアルアバター表示付きで公開!

 

【購入するとき】購入方法についてはこちら

VIVEトラッカー、ベースステーション、Indexコントローラーの購入方法、購入先などを中古、新品の場合で一挙紹介【中編】!!

【購入後の話】設定やトラブルについての話はこちら

VIVEトラッカーとベースステーションってどうセッティングするの?どういったトラブルが発生しているの?ドングルの設置方法等を紹介!【後編】